Search for a $\mu^+\mu^-$ resonance in four-muon final states at Belle II

Adachi, I.; Bansal, S.; Volpe, R.; Glazov, A.; Fodor, A.; Roney, J. M.; Gu, T.; Feichtinger, P.; Won, E.; Matvienko, D.; Yin, J. H.; Parham, K.; Shan, W.; Cho, K.; Gabrielli, A.; Iijima, T.; Iwasaki, M.; Godang, R.; Varvell, K. E.; Kowalewski, R.; Tsaklidis, I.; Santelj, L.; Maity, S.; Hayashii, H.; Ji, Q. P.; Ipsita, N.; Narwal, D.; Piccolo, M.; Di Capua, F.; Solovieva, E.; Kodyš, P.; Shillington, T.; Marinas, C.; Grammatico, T.; Yan, W.; Natkaniec, Z.; Yabsley, B. D.; Asner, D. M.; Ono, H.; Natochii, A.; Paschen, B.; Heidelbach, A.; Stavroulakis, P.; Finck, C.; Destefanis, M.; Forti, F.; Moser, H.-G.; Vobbilisetti, V.; Nayak, M.; Purwar, H.; Massaccesi, L.; Dorigo, M.; Vahsen, S. E.; Mussa, R.; Aihara, H.; Prell, S.; Simon, F.; Wang, M.-Z.; Dujany, G.; Podesta-Lerma, P. L. M.; Lange, J. S.; Dreyer, S.; Starič, M.; Liu, Z. Q.; Tanida, K.; Ushiroda, Y.; Bertemes, M.; Warburton, A.; Humair, T.; Senyo, K.; Vismaya, V. S.; Campajola, M.; Halder, S.; Mondal, S.; Yang, S. B.; Mantovano, M.; Kumara, K.; Dong, T. V.; Manfredi, R.; Reiter, S.; Barrett, M.; Jacobs, W. W.; Kuzmin, A.; Marcello, S.; Passeri, A.; Graziani, E.; Matsuoka, K.; Prencipe, E.; Bae, H.; Hara, T.; Cremaldi, L. M.; Joo, K. K.; Mancinelli, G.; Choudhury, S.; Kindo, H.; Schmitt, C.; Yelton, J.; Uchida, M.; McKenna, J. A.; Aggarwal, L.; Liventsev, D.; Raeuber, G.; Jackson, P.; Takizawa, M.; Schwickardi, M.; Serrano, J.; Das, S.; Wang, X. L.; Rauls, N.; Cheon, B. G.; Panta, A.; Gruberová, Z.; Shimasaki, T.; Miyake, H.; Giri, A.; Eliachevitch, M.; Browder, T. E.; Libby, J.; Ma, Y.; De Nardo, G.; Kim, K.-H.; Garg, R.; Angioni, G. Pinna; Veronesi, M.; Lyu, C.; Piilonen, L. E.; Yoshihara, K.; Sumisawa, K.; Akopov, N.; Hazra, S.; Ripp-Baudot, I.; Karyan, G.; Cao, L.; Biswas, D.; Maharana, S. P.; Mrvar, M.; Unger, K.; Skorupa, J.; Greenwald, D.; Onishchuk, Y.; Keil, F.; Koga, T.; Gaudino, G.; Rizzo, G.; Gogota, O.; Kojima, K.; Li, L. K.; Chang, P.; Meier, F.; Milesi, M.; Ferber, T.; Giordano, R.; Doležal, Z.; Ayad, R.; Budano, A.; Metzner, F.; Cheema, P.; Vinokurova, A.; Hsu, C.-L.; Chang, M.-C.; Goldenzweig, P.; Peschke, R.; Dattola, F.; Dhamija, R.; Otani, F.; Ganiev, E.; Zhang, B.; Sobie, R. J.; Singh, J. B.; Itoh, R.; Kandra, J.; Dingfelder, J.; Kunigo, T.; Marcantonio, D.; Sokolov, A.; Ghevondyan, G.; Savinov, V.; Urquijo, P.; Di Canto, A.; Wang, Z.; Maiti, R.; Aushev, V.; Nishida, S.; Tonelli, D.; Garcia-Hernandez, M.; Zhou, X. Y.; Bambade, P.; Wallner, S.; Bessner, M.; Masuda, M.; Ghumaryan, H.; Spruck, B.; Li, C.; De Pietro, G.; Kang, K. H.; Park, H.; Manoni, E.; Vitale, L.; Mohanty, G. B.; Bertholet, E.; Xu, X. P.; Cheaib, R.; Hoek, M.; Shi, X. D.; Selce, A.; Junkerkalefeld, H.; Kim, D. Y.; Merola, M.; Kim, C.-H.; Pestotnik, R.; Kumar, M.; Prim, M. T.; Uno, S.; Gellrich, A.; Korpar, S.; Zhukova, V. I.; Wakai, M.; Ueda, I.; Nazaryan, G.; Kohani, S.; de Sangro, R.; Mizuk, R.; Higuchi, T.; Aloisio, A.; Raiz, S.; Tanaka, S.; Gradl, W.; Adamczyk, K.; Liu, M. H.; Kwon, Y.-J.; Atmacan, H.; Bilokin, S.; Han, Y.; Roehrken, M.; Bettarini, S.; Levit, D.; Jin, Y.; Tamponi, U.; Russo, G.; Finocchiaro, G.; Yamada, S.; Mehta, R.; Baur, A.; Križan, P.; Schwanda, C.; Bennett, J. V.; Shtol, D.; De La Motte, S. A.; Maggiora, M.; Kawasaki, T.; Becker, J.; Anh Ky, N.; Liu, Q. Y.; Sobotzik, M.; Chilikin, K.; Kraetzschmar, T. M. G.; Tenchini, F.; Ferlewicz, D.; Zhou, Q. D.; Wach, B.; Belle-II Collaboration; Banerjee, Sw.; Torassa, E.; Narimani Charan, A.; Podobnik, T.; Paul, S.; Leboucher, R.; Zhilich, V.; Becherer, Fabian; Lewis, P. M.; Chirapatpimol, K.; Lanceri, L.; Dubey, S.; Trabelsi, K.; Lam, T.; Korobov, A.; Stroili, R.; Shiu, J.-G.; Sandilya, S.; Li, Y. B.; Yusa, Y.; Niebuhr, C.; Baudot, J.; Scavino, B.; Kiesling, C.; Kumar, J.; Svidras, H.; Onuki, Y.; Naruki, M.; Watanuki, S.; Bračko, M.; Corona, L.; Epifanov, D.; Sfienti, C.; Gobbo, B.; Babu, V.; Choi, S.-K.; Kalita, D.; Fillinger, T.; Kim, Y.-K.; Gudkova, K.; Rout, N.; Branchini, P.; Bobrov, A.; Ishikawa, A.; Giakoustidis, G.; Lee, M. J.; Bozek, A.; Martinov, T.; Inguglia, G.; Sumihama, M.; Hernández Villanueva, M.; Tittel, O.; Lautenbach, K.; Yuan, C. Z.; Uno, K.; Fulsom, B. G.; Oskin, P.; Cho, H.-E.; Praz, C.; Ogawa, S.; Bernlochner, F. U.; Martellini, C.; Beaubien, A.; Rostomyan, A.; Cho, S.-J.; Bianchi, F.; Park, S.-H.; Wessel, C.; Dort, K.; van Tonder, R.; Wang, E.; De La Cruz-Burelo, E.; Tiwary, R.; Bhuyan, B.; Sevior, M. E.; Kinoshita, K.; Nayak, L.; Le Diberder, F. R.; Ahmed, H.; Nakazawa, Y.; Li, Y.; Gaur, V.; Unno, Y.; Bolz, A.; Ghosh, D.; Cerasoli, J.; Gaz, A.; Laurenza, M.; Spataro, S.; Bertacchi, V.; Nakao, M.; Sanders, D. A.; Lai, Y.-T.; Miller, C.; de la Cruz, I. Heredia; Bussino, S.; Martel, L.; Bilka, T.; Lueck, T.; Stefkova, S.; Pokharel, S.; Jia, S.; Pedlar, T. K.; Casarosa, G.; Martini, A.; Krokovny, P.; Rados, P.; Sato, Y.; Sutcliffe, W.; De Nuccio, M.; Moneta, S.; Pardi, S.; Nakamura, I.; Remnev, M.; Seino, Y.; Patra, S.; Cecchi, C.; Kovalenko, E.; Lacaprara, S.; Sibidanov, A.; Kuhr, T.; Miyabayashi, K.; Bahinipati, S.; Ecker, P.; Longo, S.; Horak, P.; Hearty, C.; Shen, C. P.; Zani, L.; Mirra, M.; Molina-Gonzalez, N.; Kumar, R.; Pakhlova, G.; Soffer, A.; Jang, E.-J.; Maurya, S. K.; Robertson, S. H.; Bodrov, D.; Hohmann, M.; Aversano, M.; Frey, A.; Hedges, M. T.; Reif, M.

Preprint

PUBDB-2024-01793

Search for a $\mu^+\mu^-$ resonance in four-muon final states at Belle II

Adachi, I. ; Adamczyk, K. ; Aggarwal, L. ; Ahmed, H. ; Aihara, H. ; Akopov, N. ; Aloisio, A. ; Anh Ky, N. ; Asner, D. M. ; Atmacan, H. ; Aushev, V. ; Aversano, M. ; Ayad, R. ; Babu, V. ; Bae, H. ; Bahinipati, S. ; Bambade, P. ; Banerjee, S. ; Bansal, S. ; Barrett, M. ; Baudot, J. ; Baur, A. ; Beaubien, A. ; Becherer, F.DESY* ; Becker, J. ; Bennett, J. V. ; Bernlochner, F. U. ; Bertacchi, V. ; Bertemes, M. ; Bertholet, E. ; Bessner, M. ; Bettarini, S. ; Bhuyan, B. ; Bianchi, F. ; Bilka, T. ; Bilokin, S. ; Biswas, D. ; Bobrov, A. ; Bodrov, D. ; Bolz, A. ; Bozek, A. ; Bračko, M. ; Branchini, P. ; Browder, T. E. ; Budano, A. ; Bussino, S. ; Campajola, M. ; Cao, L. ; Casarosa, G. ; Cecchi, C. ; Cerasoli, J. ; Chang, M.-C. ; Chang, P. ; Cheaib, R. ; Cheema, P. ; Cheon, B. G. ; Chilikin, K. ; Chirapatpimol, K. ; Cho, H.-E. ; Cho, K. ; Cho, S.-J. ; Choi, S.-K. ; Choudhury, S. ; Corona, L. ; Cremaldi, L. M. ; Das, S. ; Dattola, F. ; De La Cruz-Burelo, E. ; De La Motte, S. A. ; De Nardo, G. ; De Nuccio, M. ; De Pietro, G. ; de Sangro, R. ; Destefanis, M. ; Dhamija, R. ; Di Canto, A. ; Di Capua, F. ; Dingfelder, J. ; Doležal, Z. ; Dong, T. V. ; Dorigo, M. ; Dort, K. ; Dreyer, S. ; Dubey, S. ; Dujany, G. ; Ecker, P. ; Eliachevitch, M. ; Epifanov, D. ; Feichtinger, P. ; Ferber, T. ; Ferlewicz, D. ; Fillinger, T. ; Finck, C. ; Finocchiaro, G. ; Fodor, A. ; Forti, F. ; Frey, A. ; Fulsom, B. G. ; Gabrielli, A. ; Ganiev, E. ; Garcia-Hernandez, M. ; Garg, R. ; Gaudino, G. ; Gaur, V. ; Gaz, A. ; Gellrich, A. ; Ghevondyan, G. ; Ghosh, D. ; Ghumaryan, H. ; Giakoustidis, G. ; Giordano, R. ; Giri, A. ; Glazov, A. ; Gobbo, B. ; Godang, R. ; Gogota, O. ; Goldenzweig, P. ; Gradl, W. ; Grammatico, T. ; Graziani, E. ; Greenwald, D. ; Gruberová, Z. ; Gu, T. ; Gudkova, K. ; Halder, S. ; Han, Y. ; Hara, T. ; Hayashii, H. ; Hazra, S. ; Hearty, C. ; Hedges, M. T. ; Heidelbach, A. ; de la Cruz, I. H. ; Hernández Villanueva, M. ; Higuchi, T. ; Hoek, M. ; Hohmann, M. ; Horak, P. ; Hsu, C.-L. ; Humair, T. ; Iijima, T. ; Inguglia, G. ; Ipsita, N. ; Ishikawa, A. ; Itoh, R. ; Iwasaki, M. ; Jackson, P. ; Jacobs, W. W. ; Jang, E.-J. ; Ji, Q. P. ; Jia, S. ; Jin, Y. ; Joo, K. K. ; Junkerkalefeld, H. ; Kalita, D. ; Kandra, J. ; Kang, K. H. ; Karyan, G. ; Kawasaki, T. ; Keil, F. ; Kiesling, C. ; Kim, C.-H. ; Kim, D. Y. ; Kim, K.-H. ; Kim, Y.-K. ; Kindo, H. ; Kinoshita, K. ; Kodyš, P. ; Koga, T. ; Kohani, S. ; Kojima, K. ; Korobov, A. ; Korpar, S. ; Kovalenko, E. ; Kowalewski, R. ; Kraetzschmar, T. M. G. ; Križan, P. ; Krokovny, P. ; Kuhr, T. ; Kumar, J. ; Kumar, M. ; Kumar, R. ; Kumara, K. ; Kunigo, T. ; Kuzmin, A. ; Kwon, Y.-J. ; Lacaprara, S. ; Lai, Y.-T. ; Lam, T. ; Lanceri, L. ; Lange, J. S. ; Laurenza, M. ; Lautenbach, K. ; Leboucher, R. ; Le Diberder, F. R. ; Lee, M. J. ; Levit, D. ; Lewis, P. M. ; Li, C. ; Li, L. K. ; Li, Y. ; Li, Y. B. ; Libby, J. ; Liu, M. H. ; Liu, Q. Y. ; Liu, Z. Q. ; Liventsev, D. ; Longo, S. ; Lueck, T. ; Lyu, C. ; Ma, Y. ; Maggiora, M. ; Maharana, S. P. ; Maiti, R. ; Maity, S. ; Mancinelli, G. ; Manfredi, R. ; Manoni, E. ; Mantovano, M. ; Marcantonio, D. ; Marcello, S. ; Marinas, C. ; Martel, L. ; Martellini, C. ; Martini, A. ; Martinov, T. ; Massaccesi, L. ; Masuda, M. ; Matsuoka, K. ; Matvienko, D. ; Maurya, S. K. ; McKenna, J. A. ; Mehta, R. ; Meier, F. ; Merola, M. ; Metzner, F. ; Milesi, M. ; Miller, C. ; Mirra, M. ; Miyabayashi, K. ; Miyake, H. ; Mizuk, R. ; Mohanty, G. B. ; Molina-Gonzalez, N. ; Mondal, S. ; Moneta, S. ; Moser, H.-G. ; Mrvar, M. ; Mussa, R. ; Nakamura, I. ; Nakao, M. ; Nakazawa, Y. ; Narimani Charan, A. ; Naruki, M. ; Narwal, D. ; Natkaniec, Z. ; Natochii, A. ; Nayak, L. ; Nayak, M. ; Nazaryan, G. ; Niebuhr, C. ; Nishida, S. ; Ogawa, S. ; Onishchuk, Y. ; Ono, H. ; Onuki, Y. ; Oskin, P. ; Otani, F. ; Pakhlova, G. ; Panta, A. ; Pardi, S. ; Parham, K. ; Park, H. ; Park, S.-H. ; Paschen, B. ; Passeri, A. ; Patra, S. ; Paul, S. ; Pedlar, T. K. ; Peschke, R. ; Pestotnik, R. ; Piccolo, M. ; Piilonen, L. E. ; Angioni, G. P. ; Podesta-Lerma, P. L. M. ; Podobnik, T. ; Pokharel, S. ; Praz, C. ; Prell, S. ; Prencipe, E. ; Prim, M. T. ; Purwar, H. ; Rados, P. ; Raeuber, G. ; Raiz, S. ; Rauls, N. ; Reif, M. ; Reiter, S. ; Remnev, M. ; Ripp-Baudot, I. ; Rizzo, G. ; Robertson, S. H. ; Roehrken, M. ; Roney, J. M. ; Rostomyan, A. ; Rout, N. ; Russo, G. ; Sanders, D. A. ; Sandilya, S. ; Santelj, L. ; Sato, Y. ; Savinov, V. ; Scavino, B. ; Schmitt, C. ; Schwanda, C. ; Schwickardi, M. ; Seino, Y. ; Selce, A. ; Senyo, K. ; Serrano, J. ; Sevior, M. E. ; Sfienti, C. ; Shan, W. ; Shen, C. P. ; Shi, X. D. ; Shillington, T. ; Shimasaki, T. ; Shiu, J.-G. ; Shtol, D. ; Sibidanov, A. ; Simon, F. ; Singh, J. B. ; Skorupa, J. ; Sobie, R. J. ; Sobotzik, M. ; Soffer, A. ; Sokolov, A. ; Solovieva, E. ; Spataro, S. ; Spruck, B. ; Starič, M. ; Stavroulakis, P. ; Stefkova, S. ; Stroili, R. ; Sumihama, M. ; Sumisawa, K. ; Sutcliffe, W. ; Svidras, H. ; Takizawa, M. ; Tamponi, U. ; Tanaka, S. ; Tanida, K. ; Tenchini, F. ; Tittel, O. ; Tiwary, R. ; Tonelli, D. ; Torassa, E. ; Trabelsi, K. ; Tsaklidis, I. ; Uchida, M. ; Ueda, I. ; Unger, K. ; Unno, Y. ; Uno, K. ; Uno, S. ; Urquijo, P. ; Ushiroda, Y. ; Vahsen, S. E. ; van Tonder, R. ; Varvell, K. E. ; Veronesi, M. ; Vinokurova, A. ; Vismaya, V. S. ; Vitale, L. ; Vobbilisetti, V. ; Volpe, R. ; Wach, B. ; Wakai, M. ; Wallner, S. ; Wang, E. ; Wang, M.-Z. ; Wang, X. L. ; Wang, Z. ; Warburton, A. ; Watanuki, S. ; Wessel, C. ; Won, E. ; Xu, X. P. ; Yabsley, B. D. ; Yamada, S. ; Yan, W. ; Yang, S. B. ; Yelton, J. ; Yin, J. H. ; Yoshihara, K. ; Yuan, C. Z. ; Yusa, Y. ; Zani, L. ; Zhang, B. ; Zhilich, V. ; Zhou, Q. D. ; Zhou, X. Y. ; Zhukova, V. I. ; Belle-II Collaboration (Collaboration author)DESY*

2024

[10.3204/PUBDB-2024-01793]

This record in other databases:

Please use a persistent id in citations: doi:10.3204/PUBDB-2024-01793

Report No.: Belle-II-preprint-2024-007; KEK-preprint-2023-55; arXiv:2403.02841

Abstract: We report on a search for a resonance $X$ decaying to a pair of muons in $e^{+}e^{-}\rightarrow \mu^+ \mu^- X$ events in the 0.212-9.000 GeV/$c^{2}$ mass range, using 178 fb$^{-1}$ of data collected by the BelleII experiment at the SuperKEKB collider at a center of mass energy of 10.58 GeV. The analysis probes two different models of $X$ beyond the standard model: a $Z^{\prime}$ vector boson in the $L_{\mu}-L_{\tau}$ model and a muonphilic scalar. We observe no evidence for a signal and set exclusion limits at the 90% confidence level on the products of cross section and branching fraction for these processes, ranging from 0.046 fb to 0.97 fb for the $L_{\mu}-L_{\tau}$ model and from 0.055 fb to 1.3 fb for the muonphilic scalar model. For masses below 6 GeV/$c^{2}$, the corresponding constraints on the couplings of these processes to the standard model range from 0.0008 to 0.039 for the $L_{\mu}-L_{\tau}$ model and from 0.0018 to 0.040 for the muonphilic scalar model. These are the first constraints on the muonphilic scalar from a dedicated search.

Keyword(s): electron positron: annihilation ; electron positron: colliding beams ; resonance: production ; resonance: leptonic decay ; Z': leptonic decay ; model: scalar ; muon: pair production ; final state: (4lepton) ; lepton number ; BELLE ; vector boson ; channel cross section: branching ratio: upper limit ; coupling constant: upper limit ; KEK-B ; experimental results